燃气轮机化学回热循环是一种新型的利用排气余热的先进循环方式,它可以提高燃机效率,并使燃机排气中氮氧化物的含量明显下降。本文的研究对象就是燃气轮机化学回热循环的核心部件——化学回热器。由于化学回热器工作的特殊性和复杂性,目前还没有化学回热器的成套设计方法。因此本文采用了一种新的设计方法:把数值模拟与仿真计算相结合,换热部分与反应部分分开设计的设计思路,对化学回热器进行了优化设计。本文的主要内容可分为相互联系的三方面:化学回热器仿真研究、化学回热器数值模拟、化学回热器结构优化设计。仿真方面,本文借助于通用仿真软件Matlab/Simulink。采用模块化建模思想,根据化学回热器换热部分及催化重整部分的数学模型,建立化学回热器的仿真模型,进行仿真计算,对不同工况下的化学回热器性能进行对比分析。得出了裂解气体成分随燃气进口温度、裂解气进口温度、水碳比以及反应压力改变而发生变化的规律。数值模拟方面,利用Gambit对模型进行网格划分。利用计算流体力学软件Fluent计算翅片管换热状况。用Matlab来迭代计算反应床温降及裂解气组分,并把结果代入到下一级的翅片管数值模拟中。最终得出了总的换热量以及单级换热量、反应床温降、氢气含量等结果随级数增加的变化规律。结构方面,通过热力计算得出总换热系数,结合之前通过数值模拟得到的换热量与平均对数温差,计算出了换热面积。选择了一个合理的翅片管排管方式,使结构上的换热面积大于了计算的换热面积。最终得出了化学回热器结构优化设计方案并利用Pro/E对化学回热器进行三维建模。